道岔整體絕緣在城市軌道交通中的研究與應(yīng)用

徐大興

(廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部,廣東廣州 510000)

道岔整體絕緣在城市軌道交通中的研究與應(yīng)用

徐大興

(廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部,廣東廣州 510000)

為了保證道岔區(qū)段軌道電路的運(yùn)用,在轉(zhuǎn)換設(shè)備安裝裝置上安裝有絕緣器件。目前,轉(zhuǎn)換設(shè)備安裝裝置中,尖端鐵與尖軌的絕緣是通過(guò)在尖端鐵和尖軌的安裝面放置絕緣片,在尖端鐵和尖軌連接螺栓孔中放置絕緣管,在螺母的墊片與尖端鐵接觸面間放置絕緣墊來(lái)實(shí)現(xiàn)。而基本軌與長(zhǎng)角鋼的絕緣是通過(guò)在長(zhǎng)角鋼上下兩個(gè)安裝面放置絕緣板,在長(zhǎng)角鋼用于連接角形鐵和長(zhǎng)角鋼的螺栓孔中放置絕緣管來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,而且結(jié)構(gòu)之間存在的空隙易進(jìn)入具有導(dǎo)電性能的雜物,減小了爬電距離,且絕緣片、絕緣管易老化和斷裂,從而無(wú)法保證可靠的絕緣性能。為保證設(shè)備正常運(yùn)用,需要定期對(duì)其進(jìn)行分解、檢查。不但維護(hù)工作量大,影響運(yùn)輸生產(chǎn),而且時(shí)有破損現(xiàn)象發(fā)生,造成軌道電路紅光帶,影響運(yùn)輸效率,危機(jī)行車安全。道岔整體絕緣保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用要求的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高道岔區(qū)段軌道電路絕緣的可靠性,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各部件的免清掃,減少維護(hù)工作量且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

城市軌道交通 信號(hào)系統(tǒng) 道岔 整體絕緣

1 道岔整體絕緣在城市軌道交通領(lǐng)域的研究背景

目前世界上城市軌道交通系統(tǒng)的供電方式,絕大多數(shù)采用直流供電系統(tǒng)。作為電源的牽引整流變電所,通過(guò)與之正極相連的接觸軌或架空接觸網(wǎng),向電動(dòng)列車輸送電能,然后通過(guò)列車,以走行軌作為直流電流的回流通路,最終在牽引整流變電所附近,將走行軌與牽引整流變電所負(fù)極相連,使饋出的直流電流返回牽引整流變電所

(如圖1所示)。

但供電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,上述的直流回路往往無(wú)法保證與周圍的環(huán)境完全隔絕,由于各種原因,供電系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境存在或多或少的泄漏電阻,因此走行軌與大地之間存在部分直流電流泄漏向大地的可能,也是導(dǎo)致信號(hào)道岔絕緣發(fā)生燒損。

廣州地鐵線網(wǎng)曾多次發(fā)生道岔絕緣燒損及轉(zhuǎn)轍機(jī)L鐵、桿件灼傷的現(xiàn)象,給線路正常運(yùn)營(yíng)造成影響。道岔絕緣燒損一般會(huì)出現(xiàn)火花和冒煙現(xiàn)象,而且時(shí)有導(dǎo)致桿件破損現(xiàn)象發(fā)生,造成軌道電路紅光帶,影響運(yùn)輸效率,對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)安全造成不良影響。在轉(zhuǎn)換設(shè)備安裝裝置上安裝有絕緣器件,是為了保證道岔區(qū)段軌道電路的運(yùn)用。

軌道軌道交通道岔絕緣燒損的問題在國(guó)內(nèi)外同樣存在類似的案例,目前國(guó)內(nèi)外行業(yè)內(nèi)關(guān)于此類問題的研究較少,無(wú)法提供有效的解決措施,該類問題成因復(fù)雜,涉及因素較多,曾有國(guó)內(nèi)專家分析與鋼軌回流通道位置、接地設(shè)置、列車泄流方式、大小、絕緣性能等多方面因素有關(guān),該問題為國(guó)內(nèi)高鐵及城市軌道行業(yè)亟待解決的技術(shù)難題。

圖1 接觸網(wǎng)、列車、軌道電氣示意圖

圖2 道岔絕緣安裝裝置示意圖

2 分散式道岔絕緣安裝方式導(dǎo)致絕緣燒損的分析

目前,道岔絕緣安裝裝置采用分散式的安裝方式,尖端鐵與尖軌的絕緣是通過(guò)在尖端鐵和尖軌的安裝面放置絕緣片,在尖端鐵和尖軌連接螺栓孔中放置絕緣管,在螺母的墊片與尖端鐵接觸面間放置絕緣墊來(lái)實(shí)現(xiàn)。而基本軌與長(zhǎng)角鋼的絕緣是通過(guò)在長(zhǎng)角鋼上下兩個(gè)安裝面放置絕緣板,在長(zhǎng)角鋼用于連接角形鐵和長(zhǎng)角鋼的螺栓孔中放置絕緣管來(lái)實(shí)現(xiàn)(如圖2所示)。上述結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,而且結(jié)構(gòu)之間存在的空隙容易進(jìn)入具有導(dǎo)電性能的雜物,減小了爬電距離,且絕緣片、絕緣管容易老化和斷裂,從而無(wú)法保證可靠的絕緣性能。

3 道岔整體絕緣的技術(shù)原理與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 道岔整體絕緣技術(shù)原理

圖3 道岔整體絕緣角形鐵安裝圖

圖4

將城市軌道交通中大量應(yīng)用的道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備與道岔尖軌和基本軌安裝裝置中的角形鐵和尖端鐵實(shí)現(xiàn)絕緣層一體化,替代現(xiàn)分散部件的道岔安裝裝置絕緣,提高道岔區(qū)段軌道電路的運(yùn)用可靠性。其基本工作原理是將尖端鐵和角形鐵需要絕緣的部分表面以及連接孔處,整體壓塑一層具有足夠抗壓和抗沖擊強(qiáng)度的絕緣層,制成具有絕緣功能的尖端鐵、角形鐵和丁字鐵。

主要研究了可用于城市軌道交通道岔安裝裝置中絕緣材料,以及尖端鐵、角形鐵、丁字鐵固化一體的絕緣結(jié)構(gòu)。通過(guò)查閱和收集了大量固化絕緣材料的相關(guān)資料,了解和基本掌握了這些材料的性能和加工工藝。歷經(jīng)小件模壓試驗(yàn)、簡(jiǎn)易模具模壓試驗(yàn)和成型模具模壓試驗(yàn)的比選,最終優(yōu)化確定使用電氣用纖維增強(qiáng)不飽和聚酯模塑料(BMC)。

3.2 道岔整體絕緣組成結(jié)構(gòu)

根據(jù)廣州地鐵四、五號(hào)線S700K轉(zhuǎn)轍機(jī)絕緣安裝結(jié)構(gòu),尖端鐵與尖軌的絕緣是通過(guò)在尖端鐵和尖軌的安裝面放置絕緣片,在尖端鐵和尖軌連接螺栓孔中放置絕緣管,在螺母的墊片與尖端鐵接觸面間放置絕緣墊來(lái)實(shí)現(xiàn)。而基本軌與長(zhǎng)角鋼的絕緣是通過(guò)在長(zhǎng)角鋼上下兩個(gè)安裝面放置絕緣板,在長(zhǎng)角鋼用于連接角形鐵和長(zhǎng)角鋼的螺栓孔中放置絕緣管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

而道岔整體絕緣將角形鐵、丁字鐵和尖端鐵實(shí)現(xiàn)絕緣層一體化,替代現(xiàn)分散部件的道岔安裝裝置絕緣,提高道岔區(qū)段軌道電路的運(yùn)用可靠性(如圖3所示)。

試驗(yàn)使用的BMC團(tuán)狀模塑料是專業(yè)用于模壓成型或注塑成型工藝的新型復(fù)合材料。它是由不飽和樹脂、固化劑、玻璃纖維、填料和低收縮添加劑組成的混合體。BMC的配方可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求進(jìn)行靈活調(diào)整,使其最終所獲得的壓制品具有A級(jí)表面,耐電、阻燃、高光澤等特性,滿足各種要求。

以受力強(qiáng)度較惡劣的角形鐵為例。以目前的安裝方式,角形鐵由于固定在角鋼平面上,并且角形鐵較短,其承受的主要為固定螺栓帶來(lái)的壓縮方向的壓力,以及使用中過(guò)車振動(dòng)帶來(lái)的沖擊力。若發(fā)生角形鐵在角鋼上的竄動(dòng),承受摩擦造成磨損的指標(biāo)應(yīng)為絕緣材料的硬度。

在角形鐵被螺栓固定后,無(wú)壓潰現(xiàn)象則可證明其滿足壓縮強(qiáng)度的要求。在沖擊強(qiáng)度方面,BMC材料較3240材料高,而此參數(shù)決定了絕緣材料在使用中長(zhǎng)期承受交變應(yīng)力的能力。

通過(guò)上面的對(duì)比可以看出,改性纖維增強(qiáng)不飽和聚酯模塑料(BMC)在吸水率、沖擊強(qiáng)度、硬度、絕緣電阻等方面均優(yōu)于環(huán)氧樹脂硬質(zhì)層壓板材料。而該材料流動(dòng)性好,更加易于成型;均質(zhì)亂向性好,玻纖更易流動(dòng)到固化絕緣件的邊緣和孔壁,大大增加了這些相對(duì)薄弱環(huán)節(jié)的強(qiáng)度;并且更加利于環(huán)保,工人生產(chǎn)環(huán)境好,廢品可以回收處理。

3.3 道岔整體絕緣的耐壓性

為改善道岔絕緣的性能,通過(guò)采用新工藝和新技術(shù)提高絕緣的等級(jí)以及耐壓值,經(jīng)過(guò)研究和試驗(yàn),道岔整體絕緣相比較其他絕緣方式耐壓值有很大提升。(1)對(duì)長(zhǎng)、短兩塊絕緣板進(jìn)行了擴(kuò)孔處理,使絕緣管穿過(guò)上下兩塊絕緣板,減少爬電的空間;(2)用黃金絕緣膠布包裹L鐵、長(zhǎng)短鐵板的孔洞以及螺栓,提高螺栓與L鐵之間的絕緣值,減少爬電的機(jī)會(huì);(3)使用道岔整體絕緣,在廣州地鐵變電實(shí)驗(yàn)室已對(duì)整體絕緣的耐壓性能進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明整體絕緣抗擊穿能力更強(qiáng),漏電流非常小。

新、舊工藝以及整體絕緣的測(cè)試結(jié)果如圖4。

測(cè)試結(jié)果顯示黃金絕緣膠布能有效提高絕緣的性能,整體絕緣耐壓有數(shù)量級(jí)的提高,所加電壓超過(guò)10KV時(shí)也沒有出現(xiàn)爬電現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

道岔整體絕緣與相比較目前現(xiàn)場(chǎng)分散式絕緣具有如下優(yōu)點(diǎn)：道岔整體絕緣自身具備絕緣性能,在將其安裝到尖軌和基本軌絕緣后,由于尖端鐵和角形鐵與絕緣層的一體化不但可以進(jìn)一步提高絕緣的電阻值和運(yùn)用可靠性,耐壓能力更高,而且能實(shí)現(xiàn)對(duì)該部件的免清掃,減少維護(hù)工作量。

[1]GB 23641-2009 電氣用纖維增強(qiáng)不飽和聚酯模塑料(SMCBMC),2009.

[2]GB/T 1303.4-2009《 電氣用熱固性樹脂工業(yè)壓制層壓板第4部分:環(huán)氧樹脂硬質(zhì)層壓板,2009.